Перспективное оборудование для склеивания древесины
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОУ ВПО “УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Кафедра станков и инструментов
И. Т. Глебов
Перспективное оборудование для склеивания древесины
Проектирование нагревателей
Методические указания
для практических занятий магистров,
обучающихся по направлению 250300
"Технология лесозаготовительных и
деревообрабатывающих производств"
Екатеринбург
Рассмотрены и рекомендованы к изданию
методической комиссией факультета МТД
Протокол № 1 от 15.09.2013 г.
| Рецензент: доцент кафедры станков и инструментов, канд. техн. наук | В. И. Сулинов |
Редактор
| Подписано в печать Плоская печать Поз. 145 | Объем 1,39 п. л Заказ № | Формат 60´84 1/16 Тираж 50 экз. Цена 4 руб. 00 коп |
Редакционно-издательский отдел УГЛТУ
Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ
Введение
Практические занятия по расчету электрических нагревательных устройств выполняются с целью приобретения умений и навыков выполнения работ по проектированию и эксплуатации прессов для склеивания древесины.
В современных клеильных прессах для нагрева и охлаждения внутри плит делают поперечные каналы, по которым пропускают водяной пар или холодную воду. Для равномерного нагрева и охлаждения каналы в плитах размещают на одинаковом расстоянии друг от друга по всей площади плиты.
Неравномерный нагрев и охлаждение плиты может произойти при образовании пробки в одном из каналов из-за отложения солей (накипи). При отложении накипи уменьшается диаметр канала, и это мешает прохождению воды и пара. Очистку каналов плит от накипи производят ежемесячно путем прокачивания через них в течение 24-х часов специальных растворов.
Теплоносителями плит пресса могут быть не только пар, но и перегретая вода, горячее масло. Они являются промежуточным звеном между источником тепла и рабочими плитами пресса. Для их разогрева используются паровые, водяные или масляные котлы. В качестве энергоносителей используются мазут, газ, твердое топливо, отходы деревообработки.
Энергоносителем в масляных котлах и электродных парогенераторах является электрический ток (хотя масляные бойлеры могут отапливаться аналогично паровым котлам, электрический ток используется чаще).
Все указанные выше способы нагрева плит в горячих прессах имеют промежуточные теплоносители, увеличивающие затраты на эксплуатацию прессов.
При обогреве рабочих плит электрическими нагревателями потерь на разогрев и транспортирование промежуточных теплоносителей нет.
Преимущества электрических нагревателей
Электрический нагрев плит пресса имеет ряд преимуществ перед другими видами нагрева:
1. За счет уменьшения энергопотребления на разогрев и поддержание рабочей температуры при многократном разогреве-охлаждении плит снижаются затраты на энергоносители (нет потерь на нагрев промежуточных теплоносителей, уменьшенная масса нагревательных плит, высокий КПД применяемых электронагревателей).
2. Исключается взрывоопасность конструкции (нет паровых котлов, работающих под высоким давлением, и масляных бойлеров, разогретых выше температуры вспышки масла).
3. Повышается экологическая чистота производства, исключаются затраты на поддержание экологической безопасности (отсутствие котельных, выбросов пара и течи масла).
4. Повышается надежность и долговечность пресса, упрощается его обслуживание и эксплуатация (нет постоянно коррозирующих трубопроводов и рециркуляционных насосов, работающих при высоких температурах, отсутствуют каналы, периодически засоряющиеся накипью и продуктами коксования масла).
5. Обеспечивается независимое регулирование температуры каждой нагревательной плиты.
6. Появляется перспектива полного отказа от использования паровых котельных на предприятии для технологических целей и затрат, связанных с их эксплуатацией. Паровые котельные должны использоваться только для обогрева зданий и цехов в период отопительного сезона.
Нагреватели
Условия работы ТЭН
| Удельная поверхностн. мощн. Wдоп, 104Вт/м2, не более | Нагреваемая среда | Обозначение обогреваемой среды | Характер нагрева | Материал оболочки |
| Вода, слабый раствор щелочей и кислот | Х | Нагревание, кипячение | Медь, латунь | |
| П | Сталь Х18Н10Т | |||
| Р | Сталь 10; 20 | |||
| Ю | Алюминий | |||
| 2,2 | Воздух, газы | С | Спокойная среда при 450°С на оболочке ТЭН | Сталь 10; 20 |
| 5,0 | Т | Спокойная среда при 450…700°С на оболочке ТЭН | Сталь Х18Н10Т | |
| 5,5 | О | Скорость воздуха > 6 м/с при 450°С на оболочке ТЭН | Сталь 10; 20 | |
| 6,5 | К | То же при 450…600°С на оболочке ТЭН | Сталь Х18Н10Т | |
| Э | То же при 450°С | Сталь 10; 20 | ||
| 5,1 | Н | То же при 450…650°С на оболочке ТЭН | Сталь Х18Н10Т | |
| Металлические формы | М | ТЭН залиты в алюминий, нагрев до 200 °С | Сталь 10; 20 |
Расчет нагревательного устройства с использованием ТЭН ведут следующим образом. По выражению (1) находят потребную, а затем установленную мощность. С учетом условий работы ТЭН (табл. 3) определяют минимально допустимую для нагрева площадь поверхности ТЭН, м2:
Fmin = Pу/Wдоп.
Активная площадь поверхности выбранного одного ТЭН, м2:
Fнагр = pdlакт × 10-3,
где d – диаметр ТЭН, мм;
lакт – активная длина ТЭН, м.
Минимальное количество ТЭН
n = Fmin / Fнагр. (14)
Возможен и такой путь:
n = Pу/Рнагр , (15)
где Рнагр – мощность одного выбранного ТЭН.
Условные обозначения ТЭН. По ГОСТ 13268-74 ТЭН имеют дробное обозначение. В числителе указывают развернутую длину ТЭН, см; буквенное обозначение длины контактного стержня; диаметр ТЭН, мм. В знаменателе указывают номинальную мощность ТЭН, кВт; буквенное обозначение нагреваемой среды; номинальное напряжение, В.
Пример: ТЭН-25А8/0,8С127, ГОСТ 13268-74.
Длина контактного стержня обозначается следующим образом:
| Обозначения | А | Б | В | Г | Д | Е | Ж | З |
| Длина стержня, мм |
Применение ТЭН в плитах прессов. С целью замены парового и масляного обогрева плит пресса на электрический обогрев Научнопроизводственное предприятие ОДО “Номакон” (Общество с дополнительной ответственностью) выпускает плиты для гидравлических прессов. Максимальный размер плит 5000 мм ×2000 мм (рис. 7).
Рис. 7. Обогреваемые плиты ОДО “Номакон” для пресса
Плиты стальные или из алюминиевых сплавов электрические с нагревательной системой на основе керамико-полимеро-углеродной композиции. Электронагревательные плиты из алюминиевых сплавов позволяют сократить энергопотребление на разогрев плит, уменьшается их толщина и стоимость. По механической прочности каленые алюминиевые сплавы практически не уступают стали.
Нагревательным элементом плит служат ТЭНы, которые не только вставлены в каналы плит, но и залиты керамико-полимеро-углеродной композиционным материалом, который устраняет воздушные зазоры между ТЭН и плитой и повышает теплопроводность.
Радиационные нагреватели
Принцип работы радиационных нагревателей основан на способности излучать инфракрасные (ИК) лучи теплыми телами и поглощать их другими более холодными телами. ИК-излучение есть результат движения молекул вещества, т.е. тепловое излучение. Лучистый теплообмен сопровождается двойным превращением энергии – тепловой в лучистую, а затем лучистой в тепловую. В результате лучистого теплообмена тепло передается от более нагретого тела к менее теплому.
Для нагрева используют ИК-лучи с длиной волны от 0,75 до 400 мкм. Коротковолновые ИК-излучатели называют светящимися, а длинноволновые – темными излучателями.
ИК-лучи проникают в древесину на глубину до 2 мм в зависимости от ее породы и влажности. Они несут с собой тепловую энергию, передавая ее нагреваемой древесине.
На рис. 8 показано нагревательное устройство радиационного типа, выполненное в виде панели. Характерной деталью подобных нагревателей является отражательный экран 1 из листа алюминия или оцинкованного железа. Перед экраном расположен источник излучения 2 в виде ТЭН. Благодаря экрану большая часть теплового потока направляется в сторону нагреваемой поверхности. Для уменьшения тепловых потерь на задней стенке панели положен теплоизоляционный слой 3, защищенный корпусом 4. Для безопасности обслуживания излучательная панель закрыта защитной сеткой 5.
Рис. 8. Излучательная панель с ТЭН
С увеличением температуры излучателя тепловой поток возрастает. Особенно эффективно протекает процесс теплового излучения при температуре нагревательного тела 400°С.
На практике используют ТЭН с температурой на поверхности 300…700°С. Ресурс таких устройств, относящихся к группе “темных” излучателей, доведен до 20000 часов.
Предельно допустимая удельная поверхностная мощность при передаче тепла излучением для идеального нагревателя, т.е. нагревателя, работающего без тепловых потерь, может быть найдена по следующему выражению, Вт/м2:
, (16)
где Тнагр. макс. и Тизд - температуры нагревателя и изделия, К;
eнагр и eизд – относительные коэффициенты лучеиспускания материалов нагревателя и изделия соответственно (табл. 4);
Fизд – тепловоспринимающая площадь поверхности изделия, м2;
Fст – площадь поверхности стены, занятой нагревателями, м2.
Площадь поверхности нагревательных элементов (ТЭН, проволоки нагревательной спирали), м2:
. (17)
Таблица 4
Относительный коэффициент лучеиспускания e
для некоторых материалов
| Материал | Параметр | |
| T,°С | e | |
| Алюминий полированный . . . . . . . Алюминий с шероховатой поверхностью . Железо листовое, оцинкованное . . . . . Нихромовая проволока чистая . . . . . . Нихромовая проволока окисленная . . . . Сталь шлифованная или полированная . . Сталь, листовой прокат . . . . . . . . Сталь с шероховатой плоской поверхностью Асбестовый картон . . . . . . . . . . Асбестовая бумага . . . . . . . . . . . Гипс . . . . . . . . . . . . . . . . . Древесина строганная . . . . . . . . . Лак белый . . . . . . . . . . . . . . Масляные краски различных цветов . . . Резина твердая . . . . . . . . . . . . | 50…500 20…50 500…1000 50…500 750…1100 40…400 40…100 | 0,04…0,06 0,06…0,07 0,28 0,71…0,80 0,95…0,98 0,52…0,61 0,56 0,95…0,98 0,96 0,94…0,93 0,8…0,9 0,8…0,9 0,8…0,95 0,92…0,96 0,95 |
Пример. Рассчитать радиационный нагреватель на базе ТЭН для обогрева деревянных склеиваемых поверхностей размерами L = 1000 мм, B = 600 мм. Fизд / Fст = 0,9. Температура изделия tизд = 150°С, нагревателя tнагр = 450°С; eнагр = 0,56; eизд = 0,8.
Решение. Отношение m = L/B = 1000/600 =1,7. Удельная поверхностная мощность нагревателя w = 3,3 кВт/ м2. Мощность нагревателя Р = 10-6wBL = 10-6× 3,3 × 600 × 1000 = 1,98 кВт. Установленная мощность Ру = 1,98 × 1,3 = 2,57 кВт. Предельно допустимая удельная поверхностная мощность
Вт/м2.
Площадь поверхности ТЭН, м2:
F ³ Pу/Wдоп ³ 2,57 × 103/2,532 × 104 ³ 0,1 м2.
Выбираем ТЭН-100Б8/0,63С220, ГОСТ 13268-74. Поверхность одного ТЭН: F1 = pdL = 3,14 × 8 × 10-3 ×1 = 0,02512 м2. Необходимое количество ТЭН: n = F/F1 = 0,1/0,02512 = 4.
Вывод. На панели с размерами 600 ´1000 мм2 рекомендуется равномерно разместить 4 ТЭН длиной 1000 мм, диаметром 8 мм и подключить их параллельно к источнику переменного тока напряжением 220 В.
В качестве тепловых ИК-излучателей используют также кварцевые трубчатые нагреватели мощностью до 2,5 кВт, позволяющие создавать интенсивность излучения до 62 кВт/м2, а в кратковременном режиме – до 1600 кВт/м2. Они малоинерционные и удобны для прерывистой подачи энергии.
Для нагрева применяют также лампы накаливания с параболическими посеребренными колбами мощностью 250…500 Вт.
Задания
Выполнить проект нагревательного устройства для ускорения процесса склеивания древесины. Используя научно-техническую информацию (патенты, интернет и др.), выбрать технологическую схему нагревателя. В РПЗ вычертить компоновочную схему нагревателя с указанием размеров, описать конструкцию и порядок работы. Выполнить расчет параметров нагревателя, составить программу расчета в Excel.
Исходные данные принимаются из таблицы по номеру варианта (номер варианта задания соответствует номеру фамилии в журнале преподавателя).
Расчетно-пояснительную записку выполнить в соответствии с требованиями стандарта предприятия УГЛТУ СТП3-2001.
Исходные данные
для проектирования нагревателя
| № варианта | Тип нагревателя | Размеры: длина× ширина, мм | Температура, °С | |
| изделия | нагревателя | |||
| Гибкий | 1000×40 | - | ||
| Гибкий | 1200×50 | - | ||
| Гибкий | 1500×60 | - | ||
| Гибкий | 1700×80 | - | ||
| Гибкий | 1850×100 | - | ||
| Гибкий | 2000×500 | - | ||
| Гибкий | 1850×400 | - | ||
| Гибкий | 1700×350 | - | ||
| Гибкий | 1500×300 | - | ||
| Гибкий | 1250×250 | - | ||
| Жесткий | 2550×1350 | - | ||
| Жесткий | 2650×1750 | - | ||
| Жесткий | 3300×1700 | - | ||
| Жесткий | 2680×1350 | - | ||
| Жесткий | 2000×1000 | - | ||
| Жесткий | 2500×1550 | - | ||
| Жесткий | 1800×7500 | - | ||
| Радиационный | 2550×400 | |||
| Радиационный | 3300×300 | |||
| Радиационный | 2680×250 | |||
| Радиационный | 2000×400 | |||
| Радиационный | 2500×180 | |||
| Радиационный | 1800×500 | |||
| Радиационный | 1500×450 | |||
| Радиационный | 1250×600 |
Литература
Глебов И.Т., Новоселов В.Г. Оборудование для склеивания древесины. Екатеринбург: УГЛТУ, 2000. – 142 с.
Оглавление
Введение. 3
1. Преимущества электрических нагревателей. 4
2. Классификация нагревательных устройств. 5
3. Нагреватели. 9
3.1. Гибкие контактные нагреватели. 9
3.2. Жесткие контактные нагреватели. 15
3.3. Трубчатые электрические нагреватели. 15
Условия работы ТЭН.. 18
3.4. Радиационные нагреватели. 20
4. Задания. 23
Оглавление. 25
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОУ ВПО “УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Кафедра станков и инструментов
И. Т. Глебов
Перспективное оборудование для склеивания древесины
Проектирование нагревателей
Методические указания
для практических занятий магистров,
обучающихся по направлению 250300
"Технология лесозаготовительных и
деревообрабатывающих производств"
Екатеринбург
Рассмотрены и рекомендованы к изданию
методической комиссией факультета МТД
Протокол № 1 от 15.09.2013 г.
| Рецензент: доцент кафедры станков и инструментов, канд. техн. наук | В. И. Сулинов |
Редактор
| Подписано в печать Плоская печать Поз. 145 | Объем 1,39 п. л Заказ № | Формат 60´84 1/16 Тираж 50 экз. Цена 4 руб. 00 коп |
Редакционно-издательский отдел УГЛТУ
Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ
Введение
Практические занятия по расчету электрических нагревательных устройств выполняются с целью приобретения умений и навыков выполнения работ по проектированию и эксплуатации прессов для склеивания древесины.
В современных клеильных прессах для нагрева и охлаждения внутри плит делают поперечные каналы, по которым пропускают водяной пар или холодную воду. Для равномерного нагрева и охлаждения каналы в плитах размещают на одинаковом расстоянии друг от друга по всей площади плиты.
Неравномерный нагрев и охлаждение плиты может произойти при образовании пробки в одном из каналов из-за отложения солей (накипи). При отложении накипи уменьшается диаметр канала, и это мешает прохождению воды и пара. Очистку каналов плит от накипи производят ежемесячно путем прокачивания через них в течение 24-х часов специальных растворов.
Теплоносителями плит пресса могут быть не только пар, но и перегретая вода, горячее масло. Они являются промежуточным звеном между источником тепла и рабочими плитами пресса. Для их разогрева используются паровые, водяные или масляные котлы. В качестве энергоносителей используются мазут, газ, твердое топливо, отходы деревообработки.
Энергоносителем в масляных котлах и электродных парогенераторах является электрический ток (хотя масляные бойлеры могут отапливаться аналогично паровым котлам, электрический ток используется чаще).
Все указанные выше способы нагрева плит в горячих прессах имеют промежуточные теплоносители, увеличивающие затраты на эксплуатацию прессов.
При обогреве рабочих плит электрическими нагревателями потерь на разогрев и транспортирование промежуточных теплоносителей нет.